sexta-feira, 12 de abril de 2013

Como funciona a Estereoscopia (popularmente conhecidas como "imagens de óculos 3d")


Primeiro tudo devemos desfazer um erro grave que vem se repetindo na língua portuguesa: o termo “Imagem 3d” ou "filme 3d".


Muitas coisas são imagens 3d. Uma fotografia comum é uma imagem 3d, afinal, ela expressa altura, largura e profundidade. Aí você diz "mas uma fotografia não parece que sai pra fora do papel!" e eu respondo: não, há várias formas de SIMULAR tridimensionalidade. E cada forma tem o seu próprio nome. Na fotografia e no desenho, ela se chama PERSPECTIVA. Quando uma coisa "salta pra fora" é uma simulação "ESTEREOSCOPIA". 


Se usássemos os nomes corretos nunca iriamos nos confundir. Já vi muita gente fazendo a seguinte pergunta "mas o filme 3d que está passando, é 3d de óculos ou é 3d de feito com 3d de computador?"


Se não usamos nomes corretos, fazemos perguntas erradas. A simulação 3d feita dentro do compuatdor se chama REALIDADE VIRTUAL... Assim os chamados "Softwares 3d" (como o Maya, XSI, 3dS, ETC) são, na verdade, VR Softwares ou Softwares de realidade virtual...


E veja que interessante: Quando a pixar fez o seu primeiro longa metragem o "Toy Story", eles deixaram isso como EsterEgg. O nome da empresa corretora de imóveis do filme é a  "Virtual Realty" com uma casinha desenhado por polígonos...

Os leigos (minha mãe, o seu primo, o nosso vizinho) vão chamar de “imagem 3d” qualquer coisa que seja diferente de uma fotografia. E a publicidade vai continuar se encarregando de espalhar o nome  incorreto. Nós, profissionais de  ilustração, games e computação gráfica, falaremos seu nome correto: Imagens Estereoscópicas (ou 3dStereo), perspectiva, e VR Softwares.  E no decorrer dessa matéria, para que não haja confusão, esses termos serão aplicados à risca!



Anaglifa, polarizada, eletrônica... A Estereoscopia tem muitas vertentes

Há diferentes formas de se produzir a sensação estereoscópica (que é a sensação de uma imagem com perspectiva começar a flutuar para fora de um plano)

A mais conhecida de todas é a Estereoscopia Anaglifa, que são as imagens que vemos quando temos um óculos azul e vermelho. E a cada dia, por conta do cinema,  a Estereoscopia Polarizada vem ganhando terreno. Para entendermos cada uma delas, vamos entender os fundamentos da técnica.



O Conceito principal da imagens Estereoscópicas 

A maioria das pessoas (inclusive hoje em dia)  acreditam  que temos dois olhos porque se algum dia perdemos um, teremos outro. Isso poder até ser "meio verdade", mas em 1611 o cientista Kepler,  publicou um artigo científico explicando o fato de o cérebro humano mesclar duas imagens diferentes para produzir a sensação de profundidade. 


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Kepler afirmou que nossos olhos não olham para frente, como muitos pensam, e sim em uma diferença de eixos que nos proporciona duas visões diferentes de um mesmo plano. Ou seja, nosso olho direito está um pouco inclinado para esquerda, enquanto o nosso olho esquerdo está inclinado para a nossa direita. 

Quando essas duas imagens chegam ao mesmo tempo em nosso cérebro, ele as analisa, procurando um ponto em comum: O ponto onde as duas visões convergem. Encontrando tal ponto o cérebro o define como seu ponto zero, fundindo as duas imagens e criando assim a sensação de perto e distante. 


Cada olho, individualmente, produz PERSPECTIVA. Apenas com um olho podemos ver e entender o que está perto e o que está longe pela dimensão dos objetos e sua distorção. Mas a sensação ESTEREOSCÓPICA, que é aquela que vai ativar o seu senso de proteção quando algo está na sua frente só é conseguida quando o cérebro junta as duas imagens e faz o cálculo da distância.




Enganando os olhos
Duzentos anos depois um cientista que entrou na moda da fotografia resolveu fazer um experimento muito incomum: ele havia planejado uma forma de transformar uma simples foto em um ambiente tridimensional. 

Ele pensou o seguinte: "Se nós vemos imagens separadas em cada olho, o que acontecerá se eu dirar duas fotos, no angulo dos olhos, e grudar na frente dos olhos de uma pessoa?".


Em 1849, que o cientista e fotógrafo escocês David Brewster idealizou a primeira forma de se ver uma imagem estereocópica,  o Estereoscópio com lentes
A experiência era muito simples: tampava-se toda a visão de uma pessoa e à sua frente eram colocadas duas fotos, uma na frente de cada olho. Quando o indivíduo abria seus olhos, seu cérebro interpretava as duas fotos como imagens realmente captadas. 


Brewster não só conseguiu realizar sua experiência com sucesso, como industrializou o processo de captação e observação dessas imagens fazendo surgir a nova moda entre os ricos do século XVIII: as câmeras fotográficas estereoscópicas. No auge da revolução industrial, foram produzidas 250.000 unidades, virando o grande passatempo da época.


Essas máquinas eram câmeras fotográficas com duas lentes posicionadas na angulação dos olhos humanos. Após a revelação das duas fotos outro instrumento era usado, o binóculo estereoscópico (imagens acimar), que fazia com que a pessoa olhasse diretamente as duas imagens capturadas pela câmera. 

Infelizmente, observar as fotos e ter a sensação do estereoscópica não era uma tarefa fácil, pois o reflexo da luz sobre o papel da fotografia aliado a sensação incomoda de ter que dobrar os olhos no ângulo de cada foto,  logo retirava a sensação de estar naquele ambiente. Haviam pessoas que levavam meses para conseguir se desligar do papel e enganar seu cérebro com a visão do ambiente. Ainda hoje, poucos são os que conseguem treinar seus olhos para tais imagens duplas, mas a tecnologia não parou, e logo inventaram o sistema Anaglifo, o famoso óculo vermelho e Azul. 


O primeiro drible na falta de percepção da imagem estéreo 
Frenchman Joseph D’Almeida, em 1850, produziu a primeira imagem anaglifa: a imagem "com cores borradas" que deve ser observada com um óculos colorido.

A teoria da imagem anaglifa é simples: Primeiro revela-se cada uma das fotos estéreo com uma cor diferente: A imagem referente ao olho direito na cor azul e a imagem do olho esquerdo em vermelho. 

Em seguida há a sobreposição em transparência das duas imagens sobre um fundo branco. Na verdade quando olhamos para uma imagem Anaglifa estamos vendo duas imagens diferentes e não "uma imagem borrada, com algum erro de rotação gráfica"

O óculos anaglifo é apenas um filtro: Como azul e vermelho são cores primárias da luz, a lente gera a seguinte reação: Só a cor vermelha passa pela lente vermelha. Assim a foto vermelha entra direto no olho esquerdo. A lente azul bloqueia a imagem vermelha e dessa forma cada imagem vai diretamente para o seu olho correspondente. E isso ajuda o cérebro a "desviar do brilho do papel" gerando a sensação estereoscópica.

Como a imagem estereoscópica traz mais informações do que uma simples imagem com perspectiva, a NASA e muitas outras organizações científicas apenas tiram fotos dessa forma. E como o anaglifo é mais fácil de perceber a estereoscopia, ela foi muito difundida nos anos 60 e 70 ( no Brasil, nos anos 80)



Estéreo Polarizado
Uma vez entendido que para que haja a sensação estereoscópica basta ter duas imagens tiradas com a angulação correta, imitando os olhos, fica fácil explicar como funcionam as demais tecnologias estereoscópicas, pois todas seguem o mesmo principio: uma foto para cada olho, e a "tecnologia vigente que se vire pra encaixar tal imagem em seu olho certo"

Com isso em mente vamos entender que não é uma câmera de última geração que vai fazer a sua sensação estereoscópica ser melhor ou pior, e sim como tal imagem vai ser encaixada  dentro do seu olho. 

Então o que são as imagens polarizadas, aquelas que mais se usa nos cinemas: Bom, sabe aquele brinquedo de criança, com várias formas geométricas separadas e uma caixa com furos semelhantes, cujo objetivo é fazer a criança analisar a forma e joga-la dentro da caixa, pelo buraco certo? 

A imagem polarizada é EXATAMENTE isso: há pouco tempo descobriram que o ângulo em que a luz caminha no espaço pode ser alterado. A onda de luz é como a onda de uma corda balançada: se balançamos para cima e para baixo faremos uma onda vertical. Mas se balançamos ela de lado, faremos uma onda horizontal.  

E esse é o segredo: o cinema nada mais é que a projeção de luz na parede. E o equipamento de projeção estereoscópica consiste em lentes que filtram a imagem e a projetam em ondas com angulações diferentes. 

Assim a lente do projetor do vídeo responsável pela imagem do olho direito é polarizado em um ângulo 45º (ex), enquanto a lente do olho esquerdo é polarizado em 15º (ex). 

Para que cada imagem chegue corretamente ao seu olho as lentes polarizadas são, na verdade, lentes com "micro ranhuras" na angulação do filme projetado. E dessa forma, a lente com ranhuras a 45º bloqueará qualquer luz que não esteja nesse ângulo. 

Dessa forma não há perda de cor, apenas perda de iluminação... Cinemas esteroscópicos são mais escuros, já reparou?  Isso porque quando ligamos uma lampada comum ela emitirá  luz em todos os ângulos e de uma forma caótica. Então no caso do cinema temos duas coisas que afetam a iluminação da projeção: a) Como a luz do cinema estereoscópico é controlada para ter apenas um ângulo, os outros são jogados fora e o filme fica mais escuro. B) Como deve haver duas projeções, uma em cima da outra, o resultado não deve "estourar", então cada projetor tem pouco iluminação para que um ofusque o outro.


Estéreo Eletrônico
A popularização do estéreo eletrônico veio com as "televisões 3d" com seus óculos que usam pilhas... mas porque pilhas?? 

O sistema básico do seu estéreo é o mesmo: dupla captação para dupla exposição. Todo sistema estéreo é assim.  Mas sua exposição está ligada à velocidade de frames: A sensação de movimento das imagens em um vídeo vem da quantidade de quadros por segundo que vemos. Na TV Digital fullHD temos a transmissão de 30 quadros por segundo.

O sistema estéreo eletrônico passa 60 quadros por segundo alternando imagens estéreo em “sim e não”, ou seja, a primeira imagem é do olho direito, a segunda é do olho esquerdo e assim por diante. 

O óculos eletrônico tem um contador sincronizado com a TV. Quando o “frame01 - olho direto” entra, a lente do olho esquerdo recebe um pulso elétrico que faz com que ela fique totalmente escura. Temos aí a indução direta,  pois só um olho está vendo a TV. Dessa forma quando o “frame01-olho_esquerdo” entra em seguida, a lente direita que recebe tal pulso e apaga.

Assim, em milésimos de segundos, as lentes do óculos piscam na velocidade dos quadros da TV gerando a sensação estereoscópica: cada olho só vê a imagem certa, enquanto o outro é bloqueado. Por isso que temos uma certa "sensação de pisca-pisca" do ambiente - afinal se a luz ambiente está num herts diferente de sua TV vai parecer que a luz da sua casa está piscando enquanto você estiver com tal óculos. 


Qualidade VS Conforto VS Indústria
Analise esse fato: Se as nossas cabeças tem tamanhos diferentes, pois todos nós temos alturas diferentes, nossos olhos com certeza têm espaços e angulações diferentes.Certo?

Com certeza! Então se a minha câmera estereoscópica tiver a distância de 15cm entre os olhos e uma angulação de 5º, somente a pessoa que tiver exatamente essa anatomia é que vai ter 100% da percepção estereoscópica do que foi filmado.

Mas a Industria não fará materiais individuais, com captações de imagens para olhos mais espaçados que outros, ou produzirão filmes para o público com o tamanho de olho A, B ou C.  Eles vão é captar uma imagem estéreo padrão que fique “no meio termo entre as angulações de olhos diferentes” e sorte a sua se sua cabeça for a de uma pessoa com 1,75 metros - você será o que mais vai perceber a estereoscopia.

Vamos imaginar que todos os filmes estereoscópicos do mundo foram bem captados, bem produzidos e bem projetados: Ainda assim algumas pessoas iriam dizer que tal experiência estéreo foi sensacional enquanto outras vão achar que foi decepcionante. Dito isso é sempre interessante lembrar que tudo o que é personalizado é melhor. 


A Vantagem dos GAMES:
Quando estamos em um cinema, vemos a reprodução de uma imagem que foi captada a muito tempo (mínimo de 1 ano), e naquele momento teve que ser definido a câmera e a angulação da captação.

Os jogos eletrônicos que são em REALIDADE VIRTUAL REAL TIME são diferentes: As imagens são captadas a cada instante. Isso possibilita que uma Engine (o motor do jogo) ofereça ao usuário um botão que regule a angulação de cada uma das câmeras.  A maioria dos jogos que possuem versões estereoscópicas de hoje em dia (2013) tem tal opção. 

Assim o usuário calibra exatamente o ângulo de seus olhos em relação a câmera, tornando a experiência não só mais divertida, do ponto de vista da percepção da ilusão, como também mais confortável, do ponto de vista médico (uma vez que ver imagens estereoscópicas no ângulo do próprio olho faz todo o sistema biológico visual cansar menos.)


Negativo, Positivo e Conforto
Você já tentou olhar para o seu nariz? Tente agora! Para conseguir isso de forma simples estique seu braço e olhe para a ponta do seu dedo.  Depois traga seu dedo para a ponta do seu nariz sem tirar sua mira da ponta do dedo. Vai ter um momento em que seu olho vai doer e sua visão vai ficar embaçada.

Isso porque o seu globo ocular tem que girar mais de 45º, e como ele está preso por alguns nervos, você o estará esticando e se machucando.

Posto isso basta entendermos que o que consideramos perto está diretamente ligado ao movimento dos olhos se encontrarem.

Agora preste atenção nesse problema biológico: Quando olhamos para a tela da TV ou do Cinema e as imagens estéreos são mostradas com intenção de parecer vir em nossa direção, ainda estamos olhando para um ponto fixo da tela, que está seguramente a mais de 1 metro de distância.

Ou seja, são mostradas imagens super anguladas, ao ponto que nossos próprios olhos estão fixos na tela, sem a angulação biologicamente correspondente. Explicando ainda melhor estamos olhando com os olhos retos para a TV, mas vendo imagens que só conseguriamos ver se nossos ohos estivessem angulados para dentro. 

Quando o seu cérebro percebe esse desencontro você fica com dores de cabeça. Isso é bom? Com certeza, não.

É por isso que dificilmente você verá filmes, ou jogos, cuja calibragem estereoscópica esteja fora da tela (nome técnico: quando uma imagem está para fora da tela, perto de você, dizemos que a imagem está em "espaço negativo", pois o ponto zero do eixo Z é o seu foco distante e o valor positivo da linha é para frente). 

A maioria dos filmes ou jogos estéreo vão ser de sensação de profundidade (espaço positivo), pois a profundidade infinita é de angulação reta, ou seja, olhos em repouso.

Dessa forma, a grande maioria dos filmes e jogos estão calibados para que fique sempre no espaço positivo (para dentro), trazendo, de vez por pouco tempo, algo para fora da tela. 

Em jogos eletrônicos é possível deixar sempre a tela e a angulação calibradas para espaço negativo, mas isso causa muitas nauseas e pode fazer mal a saúde. Ninguém vai ficar estrábico. Mas com certeza terá um desnorteamento grande ao tirar o óculos.

Como nenhum produtor de jogos ou filmes estereoscópico vai querer ouvir pessoas dizendo que passaram mau depois de ver seu filme, todos se previnem quanto a isso, mas não vai demorar muito até que haja uma lei pontuando o máximo de estereoscopia que um filme pode chegar.

Assim fica uma dica para todos: Depois de assistir um filme estéreo ou jogar um game assim, descanse 30 minutos se você for dirigir. 

Dúvidas? Escreva nos comentários que eu atualizo a matéria!


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